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Descargas AtmosfĂŠricas Realizada por: Virginia Saa C.I 18.872.835

Marzo 2012


 ¿Que son descargas atmosféricas?  Sistemas de Pararrayos.  Entretenimiento.  ¿Sabias que?  Mitos.  Estándares de protección.  Sistema de Franklin.  Importancia de los Pararrayos.  Protección de Estructuras y Edificios.


Descargas Atmosféricas conectan dos zonas aisladas. Pero, aún sin la descarga, una nube cargada electrostáticamente crea diferencias de potencial en la tierra directamente debajo de ella. La descarga atmosférica conocida como rayo, es la igualación violenta de cargas de un campo eléctrico que se ha creado entre una nube y la tierra o, entre nubes.

El campo eléctrico debajo de una nube de tormenta es generalmente considerado entre 10 y 30 kV/m. Es importante, comparar estos valores con el de 1.5 kV/m con el que las puntas empiezan a emitir iones.

Los rayos que nos interesan por su efecto, son los de nube a tierra, y en éstos se pueden encontrar 4 tipos: 2 iniciados en las nubes, y 2 iniciados en tierra, ya que pueden ser positivos o negativos. Los más comunes, siendo el 90 % de los rayos detectados, son de una nube negativa hacia tierra.

Las descargas atmosféricas pueden causar grandes diferencias de potencial en sistemas eléctricos distribuidos fuera de edificios o de estructuras protegidas. A consecuencia de ello, pueden circular grandes corrientes en las canalizaciones metálicas, y entre conductores que

Una nube de tormenta promedio podría contener unos 140 MWh de energía con voltajes hasta de 100 MV, con una carga en movimiento intra nube de unos 40 Coulombs. Esta energía es la que se disipa mediante los rayos, con corrientes pico que van de unos cuanto kilo amperes a unos 200 kA con un percentil (50) de 20 kA, de acuerdo con los datos del Sr. R. B. Bent. El Electric Power Research Institute (EPRI) en su Transmission Line


Reference Book, 345 kV and above. 2da. Edición, Págs. 545-552, maneja una magnitud promedio de una descarga negativa de 31 kA, con una pendiente promedio máxima de 24.3 kV/us. Y para las descargas que siguen a la primera, una magnitud menor aunque más rápidas, con un promedio de 39.9 kV/us, y hasta 70 kV/us ha sido registrado. Los rayos de una nube positiva hacia tierra contienen más carga que sus contrapartes negativos, por lo que son muy estudiados. En general no exhiben el mismo comportamiento de pasos de los negativos, y suceden más frecuentemente en tormentas invernales con nieve y en latitudes altas. Algunas particularidades aumentan la probabilidad de la caída de rayos en un lugar. Por ejemplo, la frecuencia de descargas en un lugar es proporcional al cuadrado de la altura sobre el terreno circundante. Esto hace que las estructuras aisladas sean particularmente vulnerables. Además, las puntas agudas incrementan también la probabilidad de una descarga.

Daños Causados por las Descargas Atmosféricas

Distintos Tipos de Descargas Atmosféricas


Sistemas de Pararrayos

Un sistema de protección contra descargas, llamado de pararrayos, debe: La protección de estructuras es más tolerante que una protección electrónica. Así, un edificio puede tolerar hasta 100,000 V mientras que componentes electrónicos a 24 V se dañarán con voltajes sostenidos de 48 volts! Los rayos ocurren con diferentes intensidades y un sistema que proteja contra su efecto deberá ser diseñado tomando en cuenta los rayos promedio o mayores del área en cuestión. Las descargas no pueden ser detenidas, pero la energía puede ser desviada en una forma controlada. El intentar proteger contra descargas directas puede ser excesivamente caro

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Capturar el rayo en el punto diseñado para tal propósito llamado terminal aérea. Conducir la energía de la descarga a tierra, mediante un sistema de cables conductores que transfiere la energía de la descarga mediante trayectorias de baja impedancia, y; Disipar la energía en un sistema de terminales (electrodos) en tierra.

Como los rayos se reflejan como cualquier onda de alta frecuencia, es básico que la impedancia a tierra sea baja para la descarga, ya que todas las partes del sistema conectadas a tierra, elevarán y bajarán su potencial con respecto de tierra al tiempo de la descarga. Como ejemplo una malla de 30 x 30 m con 36 cuadrados, de cable de 0.5 cm de diámetro tiene una inductancia de 400* 10-7 H, lo que dará una impedancia de 25 ohms bajo una onda triangular con tiempo de pico de 1.2 us


Entretenimiento


Sabias ¿Que? ¿Sabías que los rayos del sol te ayudan contra la osteoporosis?

Sabías ¿Qué? Rayos, relámpagos, truenos, centellas y otras yerbas... En este preciso instante, en el mundo hay miles de Tormentas Eléctricas en actividad generando no solo precipitaciones, sino también otros fenómenos. Entre ellos uno de los más mortíferos y espectaculares que tiene la naturaleza: El Rayo Los Rayos entran en la categoría de “electro-meteoros”. Se hacen presentes formando una línea muy brillante y zigzagueante que se extiende entre una nube y otra o bien entre una nube de Tormenta y el suelo. Sin embargo hay otro caso un poco más raro que es el de las Centellas, que se presentan en forma de esferas muy luminosas y también brillantes cuya trayectoria es errática o a veces quedan suspendidas en el aire. El rayo es uno de los fenómenos más peligrosos de la naturaleza y pronosticar con precisión el lugar y el momento donde estos van a caer es realmente imposible. Otro fenómeno que está directamente relacionado con el rayo pero que se percibe con el sentido del oído es el trueno.

La osteoporosis es una de las dolencias más temidas por las mujeres. Este mal que ataca a los huesos, es el responsable de su debilitamiento, lo que ocasiona frecuentes fracturas y fisuras. La deficiencia del calcio y del fósforo, componentes que los fortifican, es la principal causa. Pero, ¿sabías que los rayos solares pueden ser tu gran aliado este verano para combatir y prevenir este mal? La formación de los huesos y dientes se debe a la interacción de muchas vitaminas y nutrientes, pero es el calcio, el mineral que tiene una participación más protagónica, pues se encarga de que estos se mantengan lo suficientemente fuerte para resistir el movimiento y proteger los órganos del cuerpo. Esta enfermedad es más común en las mujeres por las siguientes razones: durante la menopausia, la producción de estrógenos baja. Los estrógenos también contribuyen a tener huesos fuertes. Esta carencia, sumada a la natural cantidad menor de masa ósea que tenemos en comparación a los hombres, hace que se precipite su pérdida. Además, tanto mujeres como hombres ya habrán alcanzado el máximo de su masa ósea a los 35 años. A partir de esa edad comenzarán a perderla. Todos estos factores nos hacen mucho más propensas a sufrir de osteoporosis. Podemos obtener la importantísima vitamina D a través de la exposición a los rayos del sol. Los rayos solares no contienen vitamina D en sí mismos. Lo que hacen es convertir la grasa subcutánea que tenemos en vitamina D, esta, actúa sobre el calcio y el fósforo haciendo que se absorban en el organismo. Aún cuando últimamente se ha hablado de los efectos negativos de la exposición prolongada al sol (debido a la radiación ultravioleta), como vemos, tomar sol de manera moderada es muy beneficioso. Para obtener dichos beneficios, se recomienda exponerse al sol como máximo 15 minutos hasta 3 veces por semana en brazos piernas y cara. Luego de ello, hay que protegerse con una crema con protección SPF.


Mitos Otra duda común es si los pararrayos protegen o no los equipos electrónicos. Para eso deben ser usados un aterramiento eléctrico (cable a tierra) y supresores de brotes. Todo el sistema de aterramiento debe ser equipo potencializado.

Un rayo no cae dos veces en un mismo lugar”. ¡Cuántas veces hemos oído eso! ¡Pues sepa que es una gran mentira !!! Está comprobado que un rayo puede caer más de una vez en un mismo lugar. Otras creencias populares contribuyen a que las personas tengan dudas sobre este asunto y continúen arriesgándose. Una de las más comunes es la de pensar que están protegidos por el pararrayos del vecino. Gran error. Hay una confusión incluso mayor. Muchos creen que los pararrayos pueden atraer los rayos a sus edificios y, por miedo, se rehúsan a instalarlos. En realidad, el pararrayos es un camino seguro para conducir la energía generada por el rayo a la tierra.


Estándares de Proteccion Tanto en Europa (donde caen menos rayos que en nuestros países latinoamericanos), como en Norteamérica, se ha debatido mucho sobre los métodos de protección, tanto así que en misma Europa permanecen los dos estándares de protección, el llamado Franklin/Faraday, que es el tradicional, y el de puntas de inicio (early streamers en inglés). En EUA, el estándar aprobado por la asociación contra el fuego (NFPA) es el Franklin/Faraday y, se conoce como NFPA-780. El otro, no fue aceptado como parte del estándar, ya que se considera de efectividad igual que una punta del tipo Franklin. Importante: De acuerdo con el artículo 55 de la Ley Federal de Metrología y Normalización, las normas NMX sí son obligatorias para el gobierno federal y sus dependencias, por lo que la NMX-J-549-ANCE de pararrayos sí les aplica. ARTÍCULO 55.- En las controversias de carácter civil, mercantil o administrativo, cuando no se especifiquen las características de los bienes o servicios, las autoridades judiciales o administrativas competentes en sus resoluciones deberán tomar como referencia las normas oficiales mexicanas y en su defecto las normas mexicanas. Sin perjuicio de lo dispuesto por la ley de la materia, los bienes o servicios que adquieran, arrienden o contraten las dependencias y entidades de la administración pública federal, deben cumplir con

las normas oficiales mexicanas y, en su caso, con las normas mexicanas, y a falta de éstas, con las internacionales.


Sistemas de Franklin Benjamín Franklin fue el primero en darse cuenta que la altura era un factor importante en el diseño de protecciones contra rayos. El rango de atracción de un pararrayos es la distancia sobre la cual un pararrayos sencillo vertical de una altura dada sobre un plano limpio, atrae una descarga atmosférica. El espacio protegido por tal dispositivo define el lugar en que la construcción no suele ser afectada por una descarga directa. El sistema más sencillo y más antiguo de pararrayos, es el que consiste en terminales aéreas de cobre, bronce o aluminio anodizado terminadas en punta, llamadas puntas Franklin, colocadas sobre las estructuras a proteger de los rayos. Este sistema se aplica en iglesias, casas de campo, graneros y otras estructuras ordinarias.


Importancia de los Pararrayos Los sistemas de protección contra descargas atmosféricas (SPDA), popularmente conocidos como pararrayos, son equipos fundamentales para la seguridad estructural de las edificaciones, actuando también indirectamente en la protección de las personas. Este tipo de protección está reglamentada por normas técnicas que, entre otros puntos, se preocupa de la calidad de los materiales empleados en una instalación. Asimismo, las normas prohíben metales ferrosos galvanizados electrolíticamente. En casos de ambientes agresivos, las normas exigen la utilización de metales nobles, descartando el uso del aluminio y elementos ferrosos. El cobre, por ser más durable y susceptible a la humedad, conquistó a los profesionales del área y se tornó en el material más usado en estas aplicaciones. El cobre es el metal más indicado en los SPDA, pues es fácil de instalar y eficiente en la protección contra una descarga atmosférica, sin sufrir la acción del tiempo. Eso garantiza una continuidad en la conducción del rayo.

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo y canalizar la descarga eléctrica hacia tierra, de modo tal que no cause daños a construcciones o personas. Este artilugio fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin mientras efectuaba una serie de experimentos sobre la propiedad que tienen las puntas agudas, puestas en contacto con la tierra, de descargar los cuerpos electrizados situados en su proximidad. Este primer pararrayos se conoce como "Pararrayos Franklin" en homenaje a su inventor.


Protección de Estructuras y Edificios. Protección de Tanques Ciertos tanques están autoprotegidos contra rayos, como se menciona en . Por ejemplo, un tanque que es eléctricamente continuo y de por lo menos 3/16" de grueso no puede ser dañado por las descargas directas. Pero, el tanque debe estar sellado contra el escape de vapores que puedan incendiarse . Los tanques se conectan a tierra para alejar la energía de una descarga directa así como para evitar las cargas electrostáticas. Tanques mayores de 6 metros de diámetro en concreto, asfalto o en tierra están sin duda conectados a tierra. Tanques menores a esa medida, necesitan un medio adicional para conectarlos a tierra. Esto puede lograrse de tres maneras. La más simple es conectarlos a sistemas de tuberías que no tengan uniones aisladas. El segundo método consiste en conectar un mínimo de 2 electrodos espaciados no más de 30m entre ellos radialmente al tanque. Y, por último, el método más novedoso es el de emplear el acero de refuerzo del muro de contención de derrames. Ver en el

capítulo de Materiales, empotrados en concreto.

los

electrodos

Protección de torres de comunicación


PROTECCIÓN DE ÁRBOLES

estructuras, y por los hilos de guarda de las líneas que rematan en la subestación. Los hilos de guarda están conectados directamente a la malla de tierra de la subestación. En el caso de las estructuras metálicas tipo rejilla (lattice), la mismas estructuras forman una jaula de Faraday de protección

PROTECCIÓN subestaciones eléctricas

Las subestaciones de potencia son protegidas por puntas pararrayos colocadas sobre las



descargas atmofericas